傳動軸和萬向節(jié)設計2

1、目錄()傳動軸與十字軸萬向節(jié)設計1.1構(gòu)造方案選擇0312計算傳動軸載荷0313傳動軸強度校核0414十字軸萬向節(jié)設計041.5傳動軸轉(zhuǎn)速校核及平安系數(shù)0616參考文獻08(-)半承載式城市客車總體設計2客車主要數(shù)據(jù)082.1尺寸參數(shù)082.2質(zhì)量參數(shù)0923發(fā)動機技術參數(shù)0924底盤參數(shù)102.5傳動系的傳動比103動力性計算10.1111111111123.1發(fā)動機使用外特性32車輪滾動半徑3.3滾動阻力系數(shù)f3.4空氣阻力系數(shù)和空氣阻力3.5機械效率 3.6計算動力因數(shù)37確定最高車速1538確定最大爬坡度1539確定加速時間164燃油經(jīng)濟性計算165制動性能計算175-1最大減速度j

2、max175.2制動距離S175.3 ±坡路上的駐坡坡度匚疵1754下坡路上的駐坡坡度i2«_186穩(wěn)定性計算186.1縱向傾覆坡度1862橫向傾覆坡度19第一局部1 傳動軸與十字軸萬向節(jié)設計要求1.1構(gòu)造方案選擇十字軸萬向節(jié)構(gòu)造簡單，強度高，耐久性好，傳動效率高，生產(chǎn)本錢低，但 所連接的兩軸夾角不宜太大。當夾角増加時，萬向節(jié)中的滾針軸承壽命將下降。普通的十字軸式萬向節(jié)主要由主動叉，從動叉，十字軸，滾針軸承及軸向定 位件和橡膠封件等組成。1.2計算傳動軸載荷由于發(fā)動機前置后驅(qū)，根據(jù)表牛h位置采用：用于變速器與驅(qū)動橋之間 按發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和一檔傳動比來確定Tse1=kdTem

3、axkilifr)/ nTss1= G2 m2(prr/ ioimrim根據(jù)富利卡2.0數(shù)據(jù)，發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Ternax=156Nm驅(qū)動橋數(shù)n=1,發(fā)動機到萬向傳動軸之間的傳動效率呼0.85,液力變矩器變矩系數(shù)k=(ko-1) /2+1=1.615,滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷G2=65%ma發(fā)動機最大加速度的后軸轉(zhuǎn)移系數(shù)m'2=1.3,輪胎與路面間的附著系數(shù)<P=0.85.車輪滾動半徑rr=0.35,主減速器從動齒輪到車輪之間傳動比im=1,主減速器主動齒輪到車輪之間傳動效率w利發(fā)硼n盼滬0.9085=0.765,因為0.195 mag/Temax>16,fj=0,所以

4、猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)kd=1;主減速比io=4.5Tse1=kdTemaxkiliff|/ n=ri561.615；4.5-r0.85=963>67iN,Tss1= G2 m 2<pr/ ioimr)m=4 yrc=1409.814N /Ti=min Tsei, Tssi = Tsei=963.671N1.3傳動軸強度校核按扭轉(zhuǎn)強度條件P 9550000-tt=T/Wt 弋jW tto.2Dc3(i-(75c)4)式中，it為扭轉(zhuǎn)切應力，取軸的轉(zhuǎn)速n=4500r/min,軸傳遞的功率P=65kw,Dc=60mm, dc=81mm分別為傳動軸的外內(nèi)直徑，根據(jù)機械設計表仔3得tt

5、為15-25 Mpa9550000x654500tt=527.266 Mpb<tt0.2x603仆(麗)4)故傳動軸的強度符合要求1.4十字軸萬向節(jié)設計 設作用于十字軸軸頸中點的力為F,那么963.671F= T i/2rcosc(=2x65j5x10.3xcos8o=7428.561 N 十字軸軸頸根部的彎曲應力6v和切應力T應滿足32chFsCw=n di4-d42 A®】4FT=n(d2i-d22)W式中，取十字軸軸頸直徑di=38.2mm.十字軸油道孔直徑d2=10mm,合力F作 用線到軸頸根部的距離s=14mm,阪為彎曲應力的許用直 為250-350Mpa, r 為切

6、應力的許用值，為80-120 Mpa32diFs 32x38.2x10-3x7428.561 x14x10'3aw=n di4-d42 =n(38.2x10'3)<(10x10-3)4=19.094 Mpa<ow4F4x742&561T=n(d2i-d22) = n(38.2x10-3)2.(i0xl0'3)2=6.959 Mpa<r故十字軸軸頸根部的彎曲應力和切應力滿足校核條件 十字軸滾針的接觸應力應滿足。產(chǎn)272寸缶舟呂W0式中，取滾針直徑d0=3mm，滾針工作長度Lb=27mmf4.6F在合力F作用下一個滾針所受的最大載荷Fn二無-=_f

7、744 776.622N,當滾針和十字軸軸頸外表硬度在58HRC以上時，許用接觸應加5為3000-3200 Mpa-。產(chǎn)272、/扌瘵罟I 11776.622切2 丫【(38.2x10-3)+(3x10-3)1 x27x10'3=0.875 Mpa<oj故十字軸滾針軸承的接觸應力校核滿足 萬向節(jié)叉與十字軸組成連接支承，在力F作用下產(chǎn)生支承反力，在與十字軸 軸孔中心線成45。的截面處，萬向節(jié)叉承受彎曲和扭荷，其彎曲應力6“和扭 應力Tb應滿足Ow=Fe/W W owTb=Fa/WtWTb式中，取 a=40mm,e=80mm,b=35mm,h=70mm,取 k=0.246,W=bh2

8、/6,Wt=khb2,彎曲應力的許用值e為50.80Mpa,扭應力的許用值詞為80-160Mpa7428.561x80x10-3Ow=Fe / w=35xW3x(70x10-3)26=20.791 Mpa< aw廠7428.56x40x10-3Tb=Fa/Wt=0.246x70x 10'3x (35x 103)2=14.086 Mpa<rb故萬向節(jié)叉承受彎曲和扭荷校核滿足要求 十字軸萬向節(jié)的傳動效率與兩軸的軸間夾角5十字軸的支承構(gòu)造和材料，加工和裝配精度以及潤滑條件等有關。當CXW25。時，可按下式計算取*15。2tan15°十99.30%di 2tano(3&a

9、mp;厶何f7=1-0.07話1.5傳動軸轉(zhuǎn)速校核及平安系數(shù)1傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速為nk=J.2x108 亞謬&式中，取傳動軸的支承長度Lc=1.5m,dc=70mm, Dc=90mm分別為傳動軸軸管的內(nèi)外直徑，nmax=4500 r/mina a/902+702nk=1.2x108x v -|5qq2 =6080.933 r/min在設計傳動軸時，取平安系數(shù)K= nk/nmax=1.2-2.0 K= nk/rimax故符合要求 傳動軸軸管斷面尺寸除應滿足臨界轉(zhuǎn)速要求以外，還應保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強 度。16DcTi軸管的扭轉(zhuǎn)應力Tc二口Dc4d<4W Tcl式中tc=300 Mpa16

10、x90x10-3x963.671Tc=3.14x (90x10-3)< (70x 10-3)4=10.618 Mpa<rc軸管的扭轉(zhuǎn)應力校核符合要求 對于傳動軸上的花鍵軸，通常以底徑計算其扭轉(zhuǎn)應力Th,許用應力一般按平安系數(shù)2-3確定16Ti式中,取花鍵軸的花鍵內(nèi)徑dh=70mm,外徑Dh=80mm,16x963.6715 =3.14x(70x10-3)3曰4.039 Mpa 傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應力Oy應滿足i,，,(Dh+dh)(Dhdh), 一 ,oy=T 1K / 一 2"no W oy式中,取花鍵轉(zhuǎn)矩分布不均勻系數(shù)K=1.35,花鍵的有效工作長度Lh=60mm.

11、花鍵齒數(shù)n0=18,當花鍵的齒面硬度大于35HRC時：許用擠壓應力內(nèi)=2550 Mpa°產(chǎn) 37.5x5x60x18x109=6.424Mpa <ay傳動軸花鍵的齒側(cè)擠壓應力6滿足要求16參考文獻:口王望予汽車設計.:機械工業(yè)，2004.82 紀名剛.機械設計.:高等教育，2006.53 X鴻文.材料力學.：高等教育.2004.14 羊拯民.傳動軸和萬向節(jié).：人民交通.1986, 10第二局部6X7客車總體設計2客車主要數(shù)據(jù)2.1尺寸參數(shù)：見表1.1表6117客車整體尺寸參數(shù)尺寸類型項目參數(shù)值整車外型尺寸總長Lbmm11500整車外型尺寸總寬Bb mm24600整車外型尺寸總高

12、Hb mm3200車廂內(nèi)部尺寸長(mm)10500車廂內(nèi)部尺寸寬 Bp (mm)2340車廂內(nèi)部尺寸高 mm2200底盤布置尺寸軸距L (mm)5700底盤布置尺寸前后輪距B1/B2(mm)2021/1830通過性參數(shù)最小離地間隙hmin(mm)24022質(zhì)量參數(shù)：見表1.2表126117客車質(zhì)量參數(shù)表類別項目參數(shù)值質(zhì)量參數(shù)整車整備質(zhì)量m0(kg)11000質(zhì)量參數(shù)乘員數(shù)60+1質(zhì)量參數(shù)最大總質(zhì)量mn (kg)15000最大軸載質(zhì)量前軸G,(kg)5100最大軸載質(zhì)量后軸G 2 (kg)99002.3發(fā)動機技術參數(shù)：見表1.3表仁3 務動機性能參數(shù)類別參數(shù)值發(fā)動機類型柴油四沖程、直列六缸、水冷

13、、增壓、直噴額定功率PJkw)175額定功率轉(zhuǎn)速九,(中m)1950最大扭矩Tnm(Nm)890最大扭矩時轉(zhuǎn)速n,(rpm)1650最大轉(zhuǎn)速(中m)2100全負荷最低燃油消耗量b (g/kw h)2152.4底盤參數(shù)：見表1.4表14底盤參數(shù)項目參數(shù)值底盤型號D117離合器單片、干式、膜片彈簧變速箱機械式、四個前進檔、一個倒檔，變速比見15懸架系統(tǒng)非獨立式，少片變截面鋼板彈簧主減速比5.091輪胎10R2014PR行車制動氣壓雙管路鼓式車輪制動器駐車制動手控閥控制后輪彈簧儲能彈力25傳動系的傳動比：見表1.5表1.5變速器的傳動比檔位I檔5II檔ill檔檔iV檔ig5倒檔傳動比6.653.77

14、2.661.401.006.653動力性計算3.1發(fā)動機使用外特性根據(jù)發(fā)動機廠提供的外特性曲線列成表2.1。表21發(fā)動機外特性參數(shù)表項 目參數(shù)值轉(zhuǎn)速Ne（中m）6009001200150018002100功率Pe(kw)4&5075.09102.21128.98154.78175.21轉(zhuǎn)矩 Ttq(N m)771.9796.8813.4821.17821.17796.8燃油消耗量b（g/kw h）22422021721521521732車輪滾動半徑輪胎:10R20-14PR根據(jù)滾動半徑公式：r嚴等（2-1）式中，F(xiàn)為計算常數(shù)，子午線胎F=3.05,d為會員生產(chǎn)輪胎的自由直徑，d=105

15、5mmoFd3.05*1055 r =:-2n rnm=512mm=0.512m33滾動阻力系數(shù)f為計算方便，近似取f=0.01534空氣阻力系數(shù)和空氣阻力客車空氣阻力系數(shù)取值在05s0.8本車的空氣阻力系數(shù)Cd=0.7迎風面積2）式中：B&為汽車總寬2460mm,為汽車的總高3200mm.3.5機械效率嚴變主"傳（2-2）式中：變?yōu)樽兯倨鱾鲃有剩迫?5%為主減速器傳動效率，取96%傳為萬向節(jié)傳動效率，兩個萬向節(jié)為96% = 變傳=95%x96%x96%=0.876=87.6%3.6計算動力因數(shù)各檔的動力因數(shù)的計算按以下的公式計算:Ua = 0.377Nerrkm/h（

16、2-3）Ft 二N(2-4)Fw =5 AU：21.15N(2-5)G叫g(26)式中：J各檔傳動比G汽車總重Ua車速Ft驅(qū)動力Fw空氣阻力D動力因數(shù)各檔的動力因數(shù)見表2.2-2.6 :表2.2 I檔的計算結(jié)果項目參數(shù)值Ua(km/h)3.425.136.848.5510.2611.97Ft(N)447124615447115475654756546154Fw(N)3.06.912.219.027.437.3D0.3040.3140.320i0.3230.3230.314表2.3II檔的計算結(jié)果頊目參教值Ua(km/h)6.09.112.115.121.1Ft(N)25348261652671

17、1269662696626165Fw(N)9.4:Z1.63&159.485.4116.0D0.1720.1780.1810.1830.1830.177表2.4 III檔的計算結(jié)果頊目參教值Ua(km/h)8.612.817.121.425.729.9Ft(N)178851846218846190261902618462Fw(N)19.342.776.2119.3172.1232.9D0.1220.1250.1280.1290.1280.124表2.5 IV檔的計算結(jié)果項 目 參數(shù)值Ua(km/h)16.224.432.540.64&756.9Ft(N)941397179919

18、10014100149717Fw(N)6&4155.1275.2429.5617.9843.5D0.0640.0650.0670.0650.0640.060表2.6 V檔的計算結(jié)果T帀目參數(shù)值Ua(km/h)22.734.145.556.968.279.6Ft(N)767579238088816581657923Fw(N)134.3303.0539.4843.51211.81650.8D0.0510.0520.0510.0500.0470.043根據(jù)各檔的計算結(jié)果，畫岀6117客車的動力特性圖，如圖2.1所示。I檔 II檔III檔 IV檔 V檔0 10 20 30 40 50 60 7

19、0 80 90Ua (km/h)圖21 6117客車的動力特性圖各檔動力因數(shù)D與Ua的關系式如下:D, =-0.831 U4a+0.701 U3a-0.544U2a+0.840Ua+0.907D,.=-0.966 U4a+ 0.017 U3a -0.261 U2a+ 0.974 Ua+ 0.371Din=0.596 U4a-0.541 U +0.054U2a-0.694 Ua+ 0.954Dr.* =0.519U4a -0.696 U3a + 0.019U2a -0.873 Ua+ 0.304Dv=-0.598U4a + 0.931 U3a -0.095U2a + 0.208Ua+ 0.111

20、各檔的最大動力因數(shù)見表2.7：表2.7各檔的最大動力因數(shù)檔位丨檔II檔III檔IV檔V檔最大動力因數(shù)D喚0.3240.1830.1290.0670.0523.7確定最高車速最高車速由下式求得：D = 0 + -x(2-7) g山式中：j旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù),屮二f(cosa+sina)(2-8)該車在良好水平路面上到達最高車速時，最高車速為發(fā)動機給定的最大轉(zhuǎn)速n=2100r/min時所對應的最高車速，其計 算式為：n e4 7*71nnUa = 0.377x- = 0.377 = 79.6(km/h)S 538確定最大爬坡度(2-9)(2-10)%” =arcsin 如匚樂尹HZ =18.0iim

21、ax= ta nSmax = tan22.6 = 32.5%同理，可算出各檔的最大爬坡度，見下表2.8:表28各檔最大爬坡度最大爬坡度i n仆32.5%17.1%11.5%5.2%3.7%39確定加速時間直接檔的加速時間由下式確定J = -XJ? (2il)式中：j加速度S旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù).直接檔為1.06采用直接檔由穩(wěn)定車速30km/h加速到70km/h所需時間由下式積分得到:1 7n 1 1-06 7n 1 t=3?630JdUa=30Dv-0.018 dUa=24,4S4燃油經(jīng)濟性計算滾動阻力：=Gf=mgf = 15000x9.8x0.015 = 2205 (N)空氣阻力：Fm.= C

22、dAU;/21.25=2 /21.15 = 651.348 (N)汽車等速行駛消耗的功率為：p=(耳+耳)4360切(2205+651.348廣 503600*0.876= 45.3 (kw)(31)等速百公里油耗為:Pbl02Sy(3-2)式中：b燃油消耗率；由發(fā)動機特性可知b<224g/(kw h),按b=224算。/柴油比重，去/=8.1N/LOPb145.3*2241.02*50*8.1=24.56(L/100km)5制動性能計算5.1最大減速度j緊急制動時，前后輪同時拖滑，制動力為：(I)F = cpG式中：(p路面附著系數(shù)，取=0.7jmix = F/mg = (pg2)5.2制動距離Ss = u0t +0.5t«,) /3.6 +25.92人疵(4一2)50225.92x6.86+ =17.53(m)式中：uo制動初速度，U0=50km/h制動遲滯時間，對